陳麗華

（廣東省云浮市技工學(xué)校，廣東 云浮 527343）

1 引言

如何有效保證曲面零件加工質(zhì)量一直是數(shù)控加工中最復(fù)雜的難題，傳統(tǒng)的機(jī)加工方法難以勝任加工要求或根本無法加工，通常需要三軸、五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床才能保證加工質(zhì)量。MasterCAM 軟件是美國CNC Software 公司開發(fā)集CAD/CAM 于一體的系統(tǒng)，對(duì)計(jì)算機(jī)要求不高，容易掌握，高性價(jià)比，深受廣大用戶喜愛，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、模具制造和汽車工業(yè)等領(lǐng)域中，在數(shù)控加工用戶中擁有量一直處于世界領(lǐng)先地位。

2 MasterCAM 曲面加工特點(diǎn)

實(shí)際加工中一般分為粗加工與精加工，針對(duì)造型不同的曲面加工特點(diǎn)MasterCAM 提供了8 種粗加工與10種精加工的刀路，各種刀路都有其適用的特點(diǎn)。其中，粗加工刀路中常用的有平行銑削粗加工刀路、曲面流線粗加工刀路、等高外形粗加工刀路與曲面挖槽粗加工刀路。由于曲面挖槽刀路是屬于分層加工，具有良好的加工效果，因此其適用范圍非常大，具有“萬能刀路”的稱號(hào)，可見其使用頻率之高。曲面精加工刀路中常用的有適用于較平坦曲面加工的平行銑削精加工刀路，對(duì)曲面加工質(zhì)量有較高要求的曲面采用可以控制殘留高度的流線精加工刀路，有適用于曲面比較陡的曲面等高外形精加工刀路，對(duì)于坡度不大的曲面可采用等距環(huán)繞精加工刀路，對(duì)于圓形狀的曲面可采用放射狀精加工刀路。清角加工時(shí)還提供了因大刀無法加工需采用小刀進(jìn)行清角的殘料清角精加工刀路，對(duì)于曲面間窄小區(qū)域的加工可采用交線清角精加工刀路。

3 電吹風(fēng)凹模典型曲面零件

圖1 電吹風(fēng)凹模

如圖1 所示為電吹風(fēng)凹模，是一個(gè)造型非常典型的零件，幾乎集中了曲面加工的所有特點(diǎn)，有平面、窄小凹槽、具有一定拔模斜度的凹槽、較平坦曲面、陡斜面、窄小曲面交角等。

3.1 結(jié)構(gòu)分析及工藝要求

復(fù)雜的曲面結(jié)構(gòu)是該零件明顯的特點(diǎn)，電風(fēng)吹主體曲面部位平順光滑，主要由兩塊曲面光滑過渡相切連接而成，最大加工深度達(dá)41.0mm。手柄部位由底部圓弧曲面平滑過渡至分模面，靠近L 型膠位的曲面起伏坡度較大。枕位曲面造型較簡(jiǎn)單，成壓扁的U 型與主體曲面相連。其中L 型膠位凹槽的拔模斜度為3.0°，最小寬度為3.0mm，深度為3.0mm。前模斜頂避空處為一矩形，其中遠(yuǎn)離手柄部位一側(cè)的拔模斜度為23.0°，深度為16.0mm。進(jìn)風(fēng)部位與出風(fēng)部位與主體型腔曲面間的最小圓弧曲面倒圓角分別為R2.5mm 和R1.5mm。

加工時(shí)要求曲面造型交線分明，除了保證應(yīng)有的尺寸加工精度外，還需達(dá)到Ra1.6的表面粗糙度。模具材料為45 鋼，毛坯尺寸為260.0mm×220.0mm×80.0mm。加工時(shí)使用YT15的硬質(zhì)合金刀具。

3.2 加工難點(diǎn)與加工策略

該凹模各部分的曲面不連續(xù)且各具特點(diǎn)，復(fù)雜曲面造型加工質(zhì)量的保證是整個(gè)加工的難點(diǎn)，而且對(duì)于曲面交線加工要求輪廓分明，是一個(gè)需要重點(diǎn)解決的問題。曲面交線部分窄小，容易發(fā)生刀具干涉，導(dǎo)致過切。封閉窄小且具有一定拔模斜度的L 型膠位，在加工時(shí)需特別注意下刀方式的控制，防止因切削量過大而引起彈刀導(dǎo)致過切。手柄曲面部位由于存在起伏，坡度較大，采用等高外形加工刀路可取得較好的加工質(zhì)量。

結(jié)合零件造型特點(diǎn)與MasterCAM的刀路適用情況，將加工區(qū)域分為9個(gè)，如圖1 所示。結(jié)合加工工藝要求，加工時(shí)分為粗加工、半精加工和精加工。

3.2.1 細(xì)分區(qū)域開粗，提高效率

粗加工時(shí)，基于效率并結(jié)合零件造型特點(diǎn)與刀路生成特點(diǎn)，由于零件型腔與枕位曲面連成一體，因此將其作為一個(gè)整體曲面，使用較大的刀采用曲面挖槽刀路進(jìn)行開粗，考慮到后續(xù)的半精加工與精加工，最大加工深度稍小一些，為0.5mm，但將進(jìn)給下刀位置提高一些，達(dá)到輕刀快走的效果，并起到為后續(xù)的刀具減小加工壓力的效果。L 型膠位與前模斜頂避空處采用外形銑削刀路進(jìn)行開粗，為避免進(jìn)刀過切，以0.25mm的加工深度采用斜降式進(jìn)刀。手柄曲面底部接線處，以圓弧中心創(chuàng)建一輔助直線（如圖2 所示）為外形銑削刀路開粗提供參照。

圖2 創(chuàng)建輔助線

3.2.2 曲面等高外形精加工，保證余量統(tǒng)一

半精加工時(shí)，基于加工余量均勻，為以后的精加工作準(zhǔn)備。結(jié)合最小曲面圓弧半徑，采用φ8.0mm 牛鼻刀，對(duì)各個(gè)曲面區(qū)域進(jìn)行半精加工。其中零件型腔與枕位曲面采用曲面等高外形精加工刀路進(jìn)行半精加工，并設(shè)置對(duì)淺平面進(jìn)行加工，以完成較平坦區(qū)域的加工。L 型膠位與前模斜頂避空處采用等高外形曲面精加工刀路進(jìn)行開粗，最大加工深度為0.25mm。

3.2.3 細(xì)分區(qū)域精加工，提高質(zhì)量

圖3 曲面流線加工區(qū)域

精加工時(shí)，基于加工質(zhì)量，不同的曲面造型特點(diǎn)將適用于不同的刀路。根據(jù)加工質(zhì)量要求與實(shí)踐加工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于電吹風(fēng)的型腔與枕位可采用曲面流線精加工刀路。相比平行銑削刀路，由于曲面流線刀路對(duì)曲面造型要求比較高，能產(chǎn)生沿著曲面加工的刀路，而且與平行銑削刀路不同的是，流線銑削刀路不會(huì)在高度跨越大的區(qū)域產(chǎn)生較疏的刀路，能較好地保證刀路間距的一致性，同時(shí)還能控制殘脊高度，因此可取得較低的表面粗糙度。如圖3 所示曲面區(qū)域精加工采用曲面流線精加工刀路。在加工手柄曲面與電吹風(fēng)主體曲面區(qū)域時(shí)需注意增加干涉曲面，以防止發(fā)生過切。

由于手柄曲面與接線連接部位比較陡，且曲面空間小，采用曲面等高外精加工刀路可獲得良好的加工質(zhì)量。為使產(chǎn)生的刀路具有較好的連續(xù)性，特將其不完整曲面補(bǔ)全。為減小加工區(qū)域，創(chuàng)建一個(gè)與修補(bǔ)后的加工曲面外形大小一致的封閉輪廓線作為加工邊界，如圖4 所示。最后，最小圓弧曲面倒圓角部位采用曲面殘料精加工刀路進(jìn)行清角。

圖4 創(chuàng)建輔助曲面與曲線

結(jié)合加工難點(diǎn)分析與加工對(duì)策，確定加工工藝路線：（1）采用φ50.0mm 面銑刀對(duì)分模面進(jìn)行平面銑削加工,加工步距為25.0mm。（2）采用φ20.0mm、圓角半徑為1.0mm的牛鼻刀對(duì)零件型腔與枕位曲面進(jìn)行曲面挖槽粗加工，加工余量為0.3mm，最大加工深度為0.5mm，采用等距環(huán)切的形式并進(jìn)行精修加工。（3）采用φ10.0mm、圓角半徑為0.4mm的牛鼻刀對(duì)L 型膠位、前模斜頂避空處與手柄曲面底部接線處用外形銑削刀路進(jìn)行開粗，以0.25mm的加工深度斜降式進(jìn)刀。對(duì)前模斜頂避空處曲面采用曲面等高外形精加工刀路進(jìn)行二次開粗。（4）采用φ8.0mm 球刀對(duì)如圖3 所示曲面進(jìn)行曲面流線精加工，步距為0.2mm，走刀方式為雙向。同時(shí)對(duì)L 型膠位和前模斜頂避空處的曲面進(jìn)行等高外形精加工。（5）采用φ3.0mm 平底立銑刀對(duì)L 型膠位與前模斜頂避空處曲面用曲面等高外形精加工刀路進(jìn)行清角加工，加工深度為0.03mm。

實(shí)際加工表明，以上加工工藝路線不但保證了加工質(zhì)量，表面粗糙度達(dá)Ra1.6，而且還節(jié)省了時(shí)間。

4 結(jié)語

在數(shù)控編程加工中，結(jié)合零件造型特點(diǎn)選用合適的刀路，對(duì)零件造型做一些輔助曲面、曲線的設(shè)計(jì)，往往對(duì)加工成敗起到?jīng)Q定性的作用，同時(shí)能更好地提高效率。

MasterCAM 是一款強(qiáng)大的CAM 軟件，對(duì)粗加工和精加工都提供了多種實(shí)用的加工方式供用戶靈活選擇使用。因此，我們?cè)趹?yīng)用這款軟件制定數(shù)控加工工藝方案時(shí)，必須依據(jù)實(shí)際情況，深入細(xì)致地分析、比對(duì)，綜合各種加工方式的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)行最大程度的優(yōu)化，以期達(dá)到最佳的加工效果，滿足加工要求，保證加工質(zhì)量。

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